| Project/Area Number |
23K23917
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| Project/Area Number (Other) |
22H02654 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石井 大佑 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60435625)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 幹大 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70792654)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | 生物模倣材料 / 傾斜機能材料 / 昆虫 / 生物模倣 / 弾性率 / 傾斜材料 / 動的共有結合 / 共焦点レーザー顕微鏡 / ミツバチ / 微細構造 / エラストマー / 蛍光 / サンドイッチ |
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| Outline of Research at the Start |
本申請課題では、生物表面のもつ機能の模倣に加え、「機能の持続性」までも模倣した新奇機能材料の創発を目的とする。具体的には、高粘度の花粉に繰り返し触れても毛の凝集を防ぎ、接着・脱着機能を永続的に持続しているハチの微細毛機能を解明する。その機能持続性に関連していると考えられる弾性率傾斜構造の数理モデルを導出し、その知見を工学的に展開する。本研究の達成により、未開だった生物模倣機能の持続性を有する材料創成に結びつき、これからの持続可能な開発目標(SDGs)と合致した材料開発への展開が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
１） 本年度は、前年度に明らかにしたハチの微細毛の弾性率分布のAFMによる定量測定を行った。特徴的な弾性率傾斜構造が観測されたアンテナクリーナーのAFMによる定量測定値との相関を図り、微細毛傾斜構造を定量的に解明した。その結果、共焦点レーザー顕微鏡観察から推察されたバンドル状の毛の外側の弾性率の大きな構造と、内側の弾性率の小さな構造を定量的に示す事ができた。
２） 上述した弾性率傾斜をもつ強耐久性微細構造の作製を行った。微細多孔構造をもつ鋳型を用い、弾性率を面外方向に連続的に変化させた高分子微細構造を作製した。弾性率の傾斜構造は、加熱により共有結合の交換可能なエステル結合を有するエポキシ架橋樹脂を用い、弾性率と相関がある架橋密度の異なる２種のエポキシ硬化樹脂の結合界面に、連続的な分子ネットワーク構造を形成でき、架橋密度の連続的な傾斜構造を有する強耐久性微細構造を作製した。
3) 弾性率傾斜をもつハチの微細毛を切り出し、花粉に見立てたシリカ微粒子を人為的に付着させ、三軸マニピュレータに固定した針で微細毛に刺激を与え、ムチのような挙動により生じる慣性力が粒子の接着力を超えると、粒子はカタパルト機構により投射されて表面から脱着する挙動をハイスピードカメラで撮影し、固有振動数や減衰比などの機械的性質を分析し、統計学的に接着力解析を行った。数種のハチの微細毛を対象に行い、弾性率分布等のデータと関連付けて一般化を行い、数理モデルを構築を試みた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度に明らかにしたミツバチのもつ弾性率傾斜構造の定量測定に成功し、また、その構造を模倣した表面を作製できた。また、弾性率傾斜構造がもつ特異的な接着剥離機構も観察できた。そのため、次年度以降の研究計画 を速やかに進める事ができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
弾性率傾斜をもつハチの微細毛をのカタパルト機構による接着剥離機構の固有振動数や減衰比などの機械的性質について精密に分析し、模倣構造表面の設計を試みる。模倣構造は柔軟性を制御可能なゲル様の物質も視野に入れ、弾性率傾斜構造の物性領域の幅の拡大を検討する。また、繰り返し実験を行い、接着剥離機構の機能の持続性の評価を試みる。
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